二氧化碳-乙酸-葡萄糖

　　我國(guó)科學(xué)家發(fā)明二氧化碳還原合成葡萄糖新方法

　　光明日?qǐng)?bào)北京4月28日電 記者齊芳從中國(guó)科學(xué)院獲悉，我國(guó)科學(xué)家通過(guò)電催化結(jié)合生物合成的方式，將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，進(jìn)一步利用微生物可以合成葡萄糖和油脂。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)催化專業(yè)委員會(huì)主任李燦研究員評(píng)價(jià)：“該工作耦合人工電催化與生物酶催化過(guò)程，發(fā)展了一條由水和二氧化碳到含能化學(xué)小分子乙酸，后經(jīng)工程改造的酵母微生物催化合成葡萄糖和游離的脂肪酸等高附加值產(chǎn)物的新途徑，為人工和半人工合成‘糧食’提供了新的技術(shù)。”

　　這一成果由電子科技大學(xué)夏川課題組、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院于濤課題組與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰課題組共同完成，以封面文章的形式發(fā)表在北京時(shí)間28日出版的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·催化》上。

　　二氧化碳“變身”的第一步，是在溫和條件下變成“食醋”。“我們需要把二氧化碳轉(zhuǎn)化為可供微生物利用的原料，方便微生物發(fā)酵。”曾杰介紹，他們選擇了乙酸——它不僅是食醋的主要成分，也是一種優(yōu)秀的生物合成碳源，可以轉(zhuǎn)化為葡萄糖等其他生物物質(zhì)。

　　在這個(gè)過(guò)程中，科研人員創(chuàng)造性地采取“兩步走”策略——先高效得到一氧化碳，再?gòu)囊谎趸嫉揭宜幔⑼ㄟ^(guò)新型固態(tài)電解質(zhì)反應(yīng)裝置極大地提升了二氧化碳“變身”乙酸的轉(zhuǎn)化效率。而這，也被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是這一研究的最大亮點(diǎn)。

　　二氧化碳“變身”的第二步，是讓微生物“吃醋”產(chǎn)葡萄糖。于濤介紹，得到乙酸后，研究者們嘗試?yán)冕劸平湍高@一微生物來(lái)合成葡萄糖。

　　“然而釀酒酵母本身也會(huì)代謝掉一部分葡萄糖，所以產(chǎn)量并不高。”于濤說(shuō)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)敲除釀酒酵母中代謝葡萄糖的三個(gè)關(guān)鍵酶元件，廢除了釀酒酵母代謝葡萄糖的能力；又敲除了兩個(gè)疑似具備代謝葡萄糖能力的酶元件，插入來(lái)自泛菌屬和大腸桿菌的葡萄糖磷酸酶元件，加強(qiáng)了其積累葡萄糖的能力。

　　這一研究讓人們看到,電催化合成結(jié)合生物合成,進(jìn)而構(gòu)建起的新型催化方式,能夠助力高附加值化合物的生產(chǎn)。中國(guó)科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任鄧子新評(píng)價(jià)：“該工作開(kāi)辟了電化學(xué)結(jié)合活細(xì)胞催化制備葡萄糖等糧食產(chǎn)物的新策略，為進(jìn)一步發(fā)展基于電力驅(qū)動(dòng)的新型農(nóng)業(yè)與生物制造業(yè)提供了新范例，是二氧化碳利用方面的重要發(fā)展方向。”

　　曾杰說(shuō)：“接下來(lái)，我們將進(jìn)一步研究電催化與生物發(fā)酵這兩個(gè)平臺(tái)的同配性和兼容性。”未來(lái)，如果要合成淀粉、制造色素、生產(chǎn)藥物等，只需保持電催化設(shè)施不改變，更換發(fā)酵使用的微生物就能實(shí)現(xiàn)。